數(shù)字吳川GPS首級(jí)控制網(wǎng)建立及精度分析

蘇曉斌　曾宇

【摘要】數(shù)字城市的建設(shè)方興未艾，控制網(wǎng)的布設(shè)作為數(shù)字城市建設(shè)中的一個(gè)普遍現(xiàn)象，歷來(lái)為建設(shè)者所重視。本文以數(shù)字吳川GPS首級(jí)控制網(wǎng)建設(shè)為例，詳細(xì)介紹了數(shù)字吳川GPS首級(jí)控制網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)、外業(yè)觀測(cè)、基線解算、網(wǎng)平差及精度分析和可靠性檢驗(yàn)的整個(gè)過(guò)程，包括外業(yè)觀測(cè)和內(nèi)業(yè)解算的技術(shù)要求及數(shù)據(jù)解算的過(guò)程，并對(duì)已知數(shù)據(jù)的合理性和GPS控制網(wǎng)成果的正確性進(jìn)行了分析。

【關(guān)鍵詞】GPS首級(jí)控制網(wǎng)基線解算網(wǎng)平差可靠性分析

中圖分類號(hào)：P22 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-3791（2016）05（a）-0000-00

1前言

吳川市位于廣東省西南部的鑒江平原上，北緯21°11′～21°39′、東經(jīng)110°28′～111°05′之間，東接茂名市茂南區(qū)、電白區(qū)、北接化州，西接湛江市坡頭區(qū)，南瀕南海。境內(nèi)有三江流過(guò)、水系發(fā)達(dá)、日照充足、資源豐富、氣候宜人，是中國(guó)南海之濱的具有江海文化特色的安康宜居城市。吳川市交通發(fā)達(dá)，國(guó)道325線橫貫東西全境，茂湛鐵路和廣湛高速公路分別從該市經(jīng)過(guò)；境西10余公里可達(dá)南方大港湛江港，境北10余公里有水東港，境內(nèi)有可直航港澳的黃坡港及將擴(kuò)建成為萬(wàn)噸級(jí)泊位的漁商兩用博茂港；航空運(yùn)輸有正在籌建中的粵西國(guó)際機(jī)場(chǎng)。測(cè)區(qū)共計(jì)20.6平方公里，大部測(cè)區(qū)都屬城鎮(zhèn)范圍，人車流量大，通視條件較差，埋設(shè)控制點(diǎn)較困難，且施測(cè)期間氣候變化無(wú)常，暴雨及酷暑天氣交錯(cuò)，外業(yè)觀測(cè)受到極大限制，給GPS首級(jí)控制網(wǎng)建立帶來(lái)極大困難。

2 GPS網(wǎng)的布設(shè)

測(cè)區(qū)及周邊已有GPS-C及GPS-D級(jí)網(wǎng)，可直接布設(shè)I級(jí)控制網(wǎng)作為首級(jí)控制網(wǎng)。首級(jí)GPS控制網(wǎng)的布設(shè)根據(jù)《衛(wèi)星定位城市測(cè)量技術(shù)規(guī)范》、《城市測(cè)量規(guī)范》及數(shù)字吳川的技術(shù)設(shè)計(jì)書(shū)要求結(jié)合當(dāng)?shù)氐匦蔚孛驳鹊乩砬闆r進(jìn)行綜合布設(shè)?？紤]整體可靠性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性基礎(chǔ)上，充分利用原有已知高級(jí)控制點(diǎn)（C級(jí)、D級(jí)），在測(cè)區(qū)均勻選取4個(gè)已知點(diǎn)；根據(jù)選點(diǎn)情況和觀測(cè)作業(yè)接收機(jī)臺(tái)數(shù)，首級(jí)控制網(wǎng)沿著鑒河及海岸線呈網(wǎng)狀布設(shè)，采用邊連接形式構(gòu)網(wǎng)，由同步三邊形、四邊形、五邊形、六邊形及異步環(huán)四邊形、五邊形、六邊形閉合圖形組成。全網(wǎng)共104個(gè)點(diǎn)，其中已知點(diǎn)4個(gè)。高程測(cè)量利用測(cè)區(qū)內(nèi)已有國(guó)家二等水準(zhǔn)點(diǎn)作為起算點(diǎn)（Ⅱ化電18、Ⅱ化電19），施測(cè)一個(gè)四等水準(zhǔn)結(jié)點(diǎn)網(wǎng)，共計(jì)84個(gè)高程控制點(diǎn)。數(shù)字吳川GPS首級(jí)控制網(wǎng)如圖1所示。

根據(jù)規(guī)范要求，每平方公里需布設(shè)5個(gè)I級(jí)點(diǎn)，點(diǎn)之間至少有一個(gè)方向通視，平均距離500米，選刻點(diǎn)位時(shí)應(yīng)選在地質(zhì)情況穩(wěn)定，地基堅(jiān)實(shí)，且地下水位較低、四周較開(kāi)闊的地方，在地面高度角15度內(nèi)沒(méi)有成片的障礙物，點(diǎn)位均選在交通方便、且利于安全作業(yè)的地方。

3 外業(yè)觀測(cè)

控制網(wǎng)外業(yè)觀測(cè)采用GPS靜態(tài)模式方法觀測(cè)平面位置，采用四等水準(zhǔn)觀測(cè)高程。平面觀測(cè)中共使用6臺(tái)套中海達(dá)V30雙頻接收機(jī)，觀測(cè)前均對(duì)各接收機(jī)、天線和基座進(jìn)行了全面檢驗(yàn)，檢定合格并在有效期內(nèi)使用，觀測(cè)基本參數(shù)滿足規(guī)范要求。

觀測(cè)方案采用網(wǎng)聯(lián)式（即6臺(tái)接收機(jī)同步觀測(cè)，每次至少保持2臺(tái)接收機(jī)與前一時(shí)段架設(shè)同一點(diǎn)位，其余向前滾動(dòng)作業(yè)），聯(lián)測(cè)測(cè)區(qū)周邊的四個(gè)C級(jí)或D級(jí)點(diǎn)，共計(jì)觀測(cè)255個(gè)時(shí)段，設(shè)站104站，有效基線299條，重復(fù)設(shè)站數(shù)1.8，完全符合技術(shù)要求。

.四等水準(zhǔn)測(cè)量采用索佳C30II水準(zhǔn)儀施測(cè)，觀測(cè)前均對(duì)水準(zhǔn)儀、腳架和水準(zhǔn)尺進(jìn)行了全面檢驗(yàn)，檢定合格并在有效期內(nèi)使用，并檢測(cè)I角誤差，觀測(cè)基本參數(shù)滿足規(guī)范要求。

4數(shù)據(jù)處理

4.1 GPS數(shù)據(jù)解算

每天GPS外業(yè)觀測(cè)完成后，均及時(shí)下載觀測(cè)數(shù)據(jù)，并檢查修改點(diǎn)名與加注標(biāo)天線高。采用HGO數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行基線解算，解算重復(fù)基線、同步環(huán)、異步環(huán)，最后所有外業(yè)觀測(cè)完成后，進(jìn)行網(wǎng)平差與高程擬合。具體解算流程和相關(guān)結(jié)果如下：

（1）建立項(xiàng)目設(shè)置好項(xiàng)目屬性、中央子午線、坐標(biāo)系統(tǒng)及限差。

（2）基線解算經(jīng)數(shù)據(jù)預(yù)處理，控制網(wǎng)共獲得有效基線299條，基線向量解類型均為固定解，符合技術(shù)規(guī)范要求。

（3）重復(fù)基線 GPS控制網(wǎng)共有重復(fù)基線43條，長(zhǎng)度較差均符合限差要求，說(shuō)明基線觀測(cè)質(zhì)量可靠、數(shù)據(jù)處理合格、結(jié)果可靠、內(nèi)部符合精度較高，如圖2所示。

（4）閉合環(huán)閉合環(huán)分為同步環(huán)與異步環(huán)，共計(jì)558個(gè)（同步環(huán)173個(gè)，異步環(huán)385個(gè)）。由GPS三維基線向量所構(gòu)成的坐標(biāo)分量相對(duì)閉合差和環(huán)線全長(zhǎng)相對(duì)閉合差均小于規(guī)范要求。異步環(huán)解算結(jié)果如圖3所示。

（5）網(wǎng)平差與高程擬合 GPS網(wǎng)平差計(jì)算先按WGS-84坐標(biāo)系進(jìn)行無(wú)約束平差，利用了4個(gè)GPS-D級(jí)點(diǎn)作為平面起算點(diǎn)和二等水準(zhǔn)點(diǎn)2個(gè)作為高程起算點(diǎn)，其中82個(gè)I級(jí)點(diǎn)過(guò)四等水準(zhǔn)，計(jì)算通過(guò)Tau檢驗(yàn)和x2檢驗(yàn)，各點(diǎn)坐標(biāo)均為整周固定解。在無(wú)約束平差確定的有效觀測(cè)基礎(chǔ)上，進(jìn)行三維約束平差。約束平差中，基線向量的改正數(shù)與剔除粗差后無(wú)約束平差結(jié)果的同名基線相應(yīng)改正數(shù)的較差（dVΔx，dVΔy，dVΔz）應(yīng)滿足下式要求：dVΔx≤2σ、dVΔy≤2σ、dVΔz≤2σ，否則應(yīng)調(diào)整起算點(diǎn)聯(lián)測(cè)方案，剔除不兼容的起算點(diǎn)。

I級(jí)GPS網(wǎng)平差后最弱點(diǎn)I008，點(diǎn)位中誤差為±0.0078m， 最弱邊I008-I017的相對(duì)精度為1：45881，精度滿足規(guī)范和技術(shù)設(shè)計(jì)書(shū)的要求。

4.2四等水準(zhǔn)數(shù)據(jù)處理

四等水準(zhǔn)數(shù)據(jù)處理采用南方平差易，高程系統(tǒng)采用1985國(guó)家高程基準(zhǔn)。利用測(cè)區(qū)內(nèi)已有國(guó)家二等水準(zhǔn)點(diǎn)作為起算點(diǎn)（Ⅱ化電18、Ⅱ化電19），共施測(cè)四等水準(zhǔn)結(jié)點(diǎn)網(wǎng)一個(gè)，共計(jì)84個(gè)控制點(diǎn)共計(jì)58.87公里。每公里高差中誤差5.35mm，其中高程中誤差最大的5.6mm；均符合規(guī)范要求的每公里高差中誤差10mm，最弱點(diǎn)高程中誤差2cm。

5 結(jié)束語(yǔ)

城鎮(zhèn)首級(jí)控制網(wǎng)建設(shè)中，選點(diǎn)和布設(shè)一般都在較為繁華地帶，人多車多，高大建筑物、高壓線、無(wú)線電發(fā)射裝置等較多，GPS觀測(cè)受到影響大。這種情況下，要盡量避開(kāi)，同時(shí)要考慮整網(wǎng)網(wǎng)形，加強(qiáng)重要網(wǎng)點(diǎn)重復(fù)觀測(cè)次數(shù)，延長(zhǎng)觀測(cè)時(shí)間或挑選最佳觀測(cè)時(shí)段。

數(shù)字吳川GPS首級(jí)控制網(wǎng)采用了邊連接形式構(gòu)網(wǎng)，由同步三邊形、四邊形、五邊形、六邊形及異步環(huán)四邊形、五邊形、六邊形閉合圖形組成，聯(lián)測(cè)4個(gè)已知大地點(diǎn)并利用兩個(gè)二等水準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行四等水準(zhǔn)測(cè)量，對(duì)整網(wǎng)進(jìn)行平差。GPS基線向量解算中嚴(yán)格利用同步環(huán)、異步環(huán)閉合差及重復(fù)基線較差三個(gè)指標(biāo)來(lái)判定基線解算質(zhì)量。在二維約束平差前對(duì)已知點(diǎn)進(jìn)行可靠性檢驗(yàn)，對(duì)參與的已知點(diǎn)進(jìn)行分析并利用四等水準(zhǔn)進(jìn)行整網(wǎng)的高程擬合，保證I級(jí)控制點(diǎn)的平面與高程的精度，該GPS首級(jí)控制網(wǎng)平面中誤差達(dá)到7.76 mm，高程中誤差達(dá)到20 mm。為下一步II級(jí)控制網(wǎng)與圖根控制網(wǎng)提供準(zhǔn)確可靠的平面和高程坐標(biāo)。

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